生物质能源的应用前景及技术进展

1、生物质能源的应用前景及技术进展摘要：生物质能源是可再生能源的组成局部。 生物质能源的开发利用为能源 和生态问题的解决提供了一条新的思路。为此 , 对近年来国内外生物质能源利用 技术的实际应用前景和最近的研究进展进行了综述。关键词：生物质能源；利用技术；应用前景；研究进展随着社会经济的飞速开展， 人类对能源的需求趋势也随之改变。 生物质能源 因其具有资源丰富、 可再生、 低污染等优点， 使得其在人类生活和社会活动中的 价值不断提高。 据报道， 生物质能已上升为仅次于化石能源煤、 石油和天然气之 后的第 4 位能源，占世界一次能源消耗的 14%。与传统的直接燃烧方式相比，现 代生物质能源的利用更多

2、的是借助热化学、 生物化学等手段， 通过一系列先进的 转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，为人类生产、生活 提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。目前，生物质能作为一种可 再生的低碳能源， 具有巨大的开展潜力。 针对现代生物质能源利用技术的开发和 研究，对替代或局部替代化石能源， 保护生态环境， 实现再生资源的合理利用及 人类社会的可持续开展意义重大。1 生物质与生物质能源生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体， 包括所有的动植物和微生物 以及农林废弃物和城市固体有机垃圾等。 生物质的硫含量、 氮含量低， 燃烧过程 生成的SO、NQ较少，由于其CC2的排放量与其生长

3、时吸收的量相当，可有效减 轻温室效应和环境污染。 生物质能是以生物质为载体的能量， 它直接或间接地来 源于绿色植物的光合作用。地球上的植物每年通过光合作用合成大约14001800Gt的干生物质，其中蕴含的能量可达目前全球每年总能耗的10倍，在世界能耗中生物质能约占 14%，在不兴旺地区占 60%以上。全世界约 20亿人 90%以上 的生活能源是生物质能。我国生物质能资源量每年 4.87 亿 t 油当量，其中有约 可用于发电和供热，占总量的 76%。目前全球生物质能消费量仅次于煤、石油、 天然气，居第四位。生物质能具有许多优点： 生物质能资源分布十分广泛， 远比石油丰富， 且 可不断再生；从生物

4、质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有市场竞争 力；开发生物质能源资源，可以促进经济开展，提高就业时机；具有经济与社 会双重效益；在贫瘠或被侵蚀的土地上种植能源作物或植被，可以改良土壤、 改善生态环境、 提高土地的利用程度； 城市内燃机车辆使用从生物质资源提取 或生产出的甲醇、 液态氢，利于环境保护。生物质能的开发和应用越来越受重视， 其资源丰富、 应用广泛且可持续利用， 可转化为常规的固态、 液态和气态的燃料 或其他化学品。2 生物质应用前景我国能源资源总量较为丰富， 但人均占有量低， 人均煤炭、 石油和天然气储 量分别仅为世界平均水平的 56.3%、 7.7% 和 7.1%。近年来，随着

5、我国经济社会 的快速开展，能源需求持续增长，供求矛盾日益突出。 2005 年我国一次能源生 产总量为标准煤，能源消费总量到达亿 t 标准煤；石油净进口量亿 t ，对外依存 度超过 40%。有关专家测算，如果充分利用我国目前的农业生物质能资源，可新 增 5 亿 t 左右标准煤，约占全国一次能源生产总量的 24%。积极开展农业生物质 能产业，对缓解化石能源供应紧张局面、优化能源结构、保障国家能源平安、建 立稳定的能源供应体系具有重大意义。 因此，我国生物质能的开发已被列入国家 能源开展战略规划中。我国在“中国 21世纪议程中国 21 世纪人口、 环境与开展白皮书 中明 确指出：中国要实现经济快速开

6、展， 就必须把开发利用新能源和可再生资源放到 国家能源开展战略的优先地位， 加强对生物质能的开发利用， 尽快利用以生物质 生产清洁液体燃料的技术。假设能推广“能源农业、能源林业、能源工业一体 化开展模式来开展生物质能产业， 使 2022年的生物质资源总量到达 15 亿吨标准 煤，并将其中 50%的资源用于生产液体燃料，届时可为我国石油市场提供 2亿 t 液体燃料。生物质能在我国可持续开展战略中具有重要地位， 主要表现在以下几 个方面：以新技术转化生物质的能源利用方式，可大幅度提高农村能源利用 效率。因地制宜地利用当地生物质能资源秸秆、薪柴、谷壳和木屑等，建 立分散、 独立的离网电站或并网电站，

7、 可以弥补我国电力供应的缺口 我国每年 人均用电不到1000KW?h,只用韩国的1/5左右，而人均生活用电更低，只有110 KWh左右，拥有广阔的市场前景。.生物质的能源利用可根本解决我国农村普 遍存在的而又始终无法根治的“秸秆问题 ，防止作物秸秆成为废弃物被遗弃在 田间地头，甚至就地燃烧，并影响高速公路、航空交通和人民生活。生物质的能源利用可带来一系列生态、 社会和经济效益。 生物质能利用不仅 可消纳各种有机废弃物， 消除其对环境放入负面影响， 推动农村和城镇的现代化 建设；而且，由于能源农业和能源林业的大规模开展，将有效地绿化荒山野岭， 减轻土壤侵蚀和水土流失，治理沙漠，保护生物多样性，促

8、进生态的良性循环。 同时，现代生物质能一体化系统的建设将促进现代种植业的开展， 成为农村新的 经济增长点，增加农民就业时机，改善生活环境，提高农村居民收入，振兴农村 经济。3 生物质能源技术进展生物质成型燃料工艺研究进展根据不同的工艺特征， 原料压缩成型工艺分类不同： 在是否添加粘结剂上可 分为加粘结剂和不加粘结剂的成型工艺； 在原料加温方式上可分为常温成型、 热 压成型和炭化成型； 在原料是否预处理上分为干压成型与湿压成型。 就目前而言， 使用比拟广泛的压缩成型工艺为炭化成型、冷压 湿压 成型和热压成型。近年来，我国围绕生物质固化成型技术的研究和设备的开发不断深入， 取得 了一定的研究进展。

9、 吴云玉等通过建立生物质固化成型的微观接触几何模型推导 获取了压辊压力与生物质颗粒外表斜角直接的数学关系， 并建立了生物质固化成 型的分子电化学微观机理， 说明了固化成型燃料燃烧点低的原因。 陈晓青等通过 试验研究了生物质热压成型制品外表裂纹形成的影响因素， 结果说明，裂纹的形 成与力学、原料的微观组织及环境介质 含水率或温度等 均有关挤压中材料屈服 强度后的塑性流动过程产生的剪应力是裂纹形成的根本原因。 侯振东等以玉米秸 秆为原料， 研究了秸秆固化成型工艺中成型压力、 温度及含水率对成型块品质的 影响，选取成型压力为6090 MPa加热温度为75100C,物料含水率在8% 12%的工艺条件，

10、生产出性能优良便于储运的成型块。生物质固化成型技术应用 范围广，但作为能源转化的途径， 目前仍有一些关键技术问题难以解决， 如物料 压缩时螺杆的使用寿命、成型燃料的密度及碳化技术等。3.2 生物质厌氧发酵产沼气生物质厌氧发酵是生物质在厌氧条件下， 以动物粪便、 秸秆、 有机废水等为 原料，通过厌氧细菌的代谢作用产生 CH4和CO等混合可燃气体沼气的过程。厌氧发酵可分为干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵。 相比于湿发酵， 干发酵技术 具有节约发酵用水、 节省管理沼气池所需工时、 池容产气率较高等优点， 成为秸 秆类生物质进行资源化利用的主要途径。 目前对厌氧发酵技术的研究主要集中在 规模的扩大化及厌氧发

11、酵产气量的提高上。在对生物质秸秆进行厌氧发酵过程 中，由于其中含有木质素与纤维素和半纤维素混杂交联， 使纤维素及其他易分解 物质难以被微生物分解， 降低了产气量， 因此，秸秆厌氧发酵的预处理也是研究 的一个重要内容。 杨玉楠等进行了利用白腐菌对秸秆生物预处理后发酵产甲烷试 验，结果说明，与发酵时间在 4590d，转化率在50%左右的传统秸秆厌氧发 酵相比，经过白腐菌室温下20d预处理后的秸秆，发酵15d甲烷产量已相对稳定， 转化率到达 47.63%，继续发酵至 30d 后，甲烷转化率到达 58.78%。大大缩短了 发酵周期，提高了甲烷转化率。孙辰等采用6%的NaOH寸稻草秸秆进行化学预处 理，

12、研究了其在厌氧发酵过程中厌氧消化效率、产气量及COD的去除情况。结果说明，与未经 NaOH 预处理相比， 经过 NaOH 化学预处理后的稻草秸秆在厌氧 消化效率和产气量上有了显著提高，最大日产气量、总产气量及 COD 去除率分 别提高了 61.34%、 55.23%、 4872%。3.3 乙醇发酵乙醇发酵是以糖类 甘蔗、甜菜等、淀粉玉米、谷类等、木质纤维秸秆、 蔗渣等 等生物质为原料，利用微生物发酵制成生物燃料乙醇。燃料乙醇可根据 乙醇添加比例的上下分为替代燃料和燃料添加剂两种类型。根据当前国情要求，我国的燃料乙醇生产逐步走向“非粮化的开展道路， 燃料乙醇产量呈几何级数增长。 目前，国内最大的

13、燃料乙醇生产商中粮集团启动 建设的年产 500t 的纤维素乙醇试验装置，纤维素转化率超过了90%、半纤维素转化率超过 95%、糖转化率超过 85%等，其多项关键技术指标在行业内均处于领 先地位，已接近国际先进水平。 国内研究者主要是开展针对木质纤维素乙醇发酵 的试验研究。路鹏等提出了减少预处理发酵抑制物和综合利用混合糖类进行发酵 的两大关键点， 并采用改变预处理方法， 提高发酵菌种对混合糖底物的利用能力 和产乙酸能力， 来提高乙酸的转化率。 丁文武等采用硅橡胶膜渗透汽化别离与酵 母细胞固定床耦合构成的连续发酵系统， 实现酵母细菌固定化与产物乙醇的原位 连续别离，提高了乙醇发酵密度，减少了产物的

14、抑制作用。3.4 热解气化生物质的热解气化技术主要利用秸秆、 锯沫等农林废弃物， 在气化反响器中 高温缺氧条件下， 发生热解气化反响， 生成含一氧化碳、 氢气和低分子烃类的可 燃气体。近年来， 该领域的研究方向正逐步拓宽， 其中生物质燃气焦油裂解、 生物制 氢、生物质合成气制备等技术成为研究重点之一， 我国的研究者也开展了大量试 验研究。孙云娟等以木屑为原料， 研究了不同产地白云石催化作用下的焦油裂解 过程，分析了裂解温度、 催化类型和反响停留时间等对焦油转化效果和热解可燃 气的影响。结果说明，裂解温度越高， 停留时间越长时焦油的裂解效果越好， 且 不同催化剂的裂解效果有明显差异， 白云石煅烧

15、处理后的比外表积是决定裂解效 果优劣的最重要因素。王铁军等就采用空气水蒸汽气化生物质制备富氢燃气， 结合沼气重整富氢燃气的工艺过程， 调整合成气化学当量比， 并以制备的生物气 合成气一步合成二甲醚，且二甲醚的最大产量为 0.244 kg/kg(DME/生物质)。同 时，国内的一些研究机构和高校等还开展了生物质气化合成液体燃料等技术方面 的研究工作， 并取得了一定成果。 如山东科技大学成功研发了垃圾分级热解气化 技术，让城市生活垃圾在复原性气氛下发生反响， 防止二噁英的生产， 很好地解 决了二次污染问题， 运行过程中所生成的气体含有大量甲烷、 一氧化碳和氢气等 可燃气，可用于工业燃气。结语生物质

16、能资源丰富， 假设能充分利用， 不仅能够减少环境污染， 而且还是解 决未来面临能源危机的必由之路。 目前，世界各国越来越重视对生物质能源的研 究， 积极采取相应的经济支持和政策扶持的方法加大对生物质能转化利用技术 的投入。生物质能源产品因其性能优势， 使得技术开发有着广阔的应用空间。 随 着气化、制油、制氢等研究在技术上的不断突破，产出更为清洁价廉的能源，这 对于能源的有效利用和可持续开展都具有重要意义。参考文献1 赵邵松，刘 禹，张 苏. 木质生物质能源技术的开展创新 J . 林木 机械与木工设备 ,2022,40(4) ：10 14.李 平，蔡 鸣，陈正明 . 生物质固体成型燃料技术研究进展及应用效益分析 J. 安徽农业科学 , 2022,40(14):8284 8286,83063 冯丽敏. 生 物质 能产业化 前景分析 J. 农 业科 技与装备 , 2022(2):8 11.4